Методы и алгоритмы координатно-временных определений на основе применения спутниковых навигационных технологий

Фазовые искажения оценки компенсируются за счет обработки данных траекторных измерений в прямом и обратном времени и исполь-зования в качестве оценки среднего арифме-тического от результатов фильтрации.

В случаях, если длительность пачка выбросов оказывается достаточно большой и контролируемая величина невязки не возвращается в допуск, для гладкого восполнения пропущенных данных используются алгоритмы интерполяции на основе кубических сплайнов [5].

Идентификация скачков фазы в моменты потери синхронизации приемника при фазовых измерениях произ-водится на основе сравнения

Рис.6. Обработка результатов траекторных измерений в прямом и обратном времени

этих результатов с данными кодовых измерений, полученными после предварительной обработки.

Коррекция данных фазовых измерений обеспечивается путем введения компенсирующих поправок, вычисленных по результатам идентификации скачков фазы.

Рис.6. Гладкое восполнение пропущенных данных с помощью кубических сплайнов.

Заключение

1. Предложен общий подход к решению разнотипных задач координатно-временных определений (КВО) на основе данных беззапросных траекторных измерений. Это задачи:

- оценивания текущих навигационных параметров спутников и идентифика-

ции действующих на спутник возмущений,

- оценивания параметров нестабильности бортовых часов,

- оценивания параметров вращения Земли,

- оценивания параметров тропосферной задержки и других параметров

радиотрассы,

- синхронизации пространственно-разнесенных часов,

- определения координат и параметров движения объектов потребителя на Земле и в околоземном пространстве.

Основная идея предлагаемого общего подхода к решению задач КВО сводится к оцениванию состояния расширенного динамического объекта, включающего модель движения спутника, а также согласующие математические модели для возмущений, действующих на спутник и согласующие математические модели для факторов, влияющих на точность траекторных измерений.

2. Для решения перечисленных задач разработаны алгоритмы и программные приложения этих алгоритмов. Получены оценки погрешностей КВО в виде аналитических выражений, позволяющие производить выбор параметров алгоритмов и режимов проведения измерений из условий достижения требуемой точности КВО.

3. Создан программный имитатор измерительной информации, поступающей с сети беззапросных измерительных станций по навигационным спутникам ГЛОНАСС и GPS, позволяющий производить исследования точности выделенных задач КВО методами имитационного моделирования.

4. Разработаны алгоритмы и их программные приложения для предварительной обработки данных траекторных измерений, обеспечивающих исключение выбросов и пачек выбросов из состава данных, гладкое восполнение пропущенных данных и идентификацию скачков фазовой неоднозначности в фазовых измерениях.

5. На базе предложенного общего подхода к решению задач КВО, разработанных алгоритмов КВО, программных приложений этих алгоритмов, оценок составляющих погрешностей КВО и алгоритмов предварительной обработки результатов траекторных измерений разработаны и переданы заказчикам методики выполнения КВО, предназначенных для применения в сегменте формирования эфемеридно-временного обеспечения спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС.

6. Разработана локальная поверочная схема передачи размеров единиц времени и частоты от вторичного эталона времени и частоты ВЭТ 1-19 к эталонным источникам и эталонным приемникам навигационных сигналов спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. Разработан и передан заказчику в виде эскизного проекта компаратор метки времени, обеспечивающий локализацию характерных параметров в составе навигационного сигнала и измерение интервалов времени между этими параметрами и эталонными сигналами времени.

7. Предложены комплексные математические модели долговременной и кратковременной нестабильностей квантовых стандартов частоты и предложены алгоритмы идентификации параметров этих моделей нестабильности. Указанные модели нестабильностей применены:

- в алгоритмах синхронизации пространственно-разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем,

- в алгоритмах оценивания уходов бортовых шкал времени,

- при формировании шкал групповых хранителей времени и частоты.

Принцип построения комплексных математических моделей нестабильностей часов применен для построения эмпирических математических моделей, описывающих неравномерности вращения Земли.

8. Предложены алгоритмы высокоточного прогнозирования изменения параметров вращения Земли на коротких (до 15 суток) и длинных (до 90 суток) интервалов времени. Разработаны программные приложения этих алгоритмов и методики высокоточного прогнозирования всемирного времени UT1 по данным Ростехрегулирования РФ и данным международной службы IERS.

В диссертации имеются три приложения, содержащие описания систем координат и уравнения движения спутников (Приложение А), описание программного имитатора измерительной информации ModBis 24 (Приложение В) и сведения о внедрении результатов диссертационных исследований (Приложение С).

Основные публикации автора по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Толстиков А.С. Алгоритмы синхронизации пространственно-разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем. // Метрология, приложение к журналу «Измерительная техника». - 2009. -№ 9. - С. 25-35.

2. Тиссен В.М., Толстиков А.С., Балахненко А.Ю., Малкин З.М. Высокоточное прогнозирование всемирного времени по 100-летним данным. // Измерительная техника. - 2009. -№12. - С. 3-6.

3. Владимиров В.М., Гречкосеев А.К., Толстиков А.С. Имитатор измерительной информации для отработки эфемеридно-временного обеспечения космической навигационной системы ГЛОНАСС // Измерительная техника. - 2004.- -№ 8. - С.12-14.

4. Юданин А.Я., Могильницкий Б.С., Толстиков А.С. Уточнение орбит навигационных спутников ГЛОНАСС на основе беззапросных измерений псевдодальностей // Измерительная техника. - 2009. -№12. - С.7-10.

5. Воскобойников Ю.Е., Толстиков А.С. Устойчивый алгоритм предварительной обработки измерений псевдодальностей в системе ГЛОНАСС. // Научный вестник НГТУ.- 2009. № 3.(36) - С.41-48.

6. Толстиков А.С. Алгоритм формирования шкалы группового хранителя времени. // Научный вестник НГТУ.- 2010. № 1.(38) - С. 190-194.

7. Стубарев Д.В., Толстиков А.С. Использование методов имитационного моделирования для анализа алгоритмов предварительной обработки данных траекторных измерений. // Научный вестник НГТУ.- 2010. № 2.(39), - С. 127-136.

8. Мещеряков Н.А., Тиссен В.М., Толстиков А.С. Оптимизация методов приема и обработки информации в спутниковых лазерно-дальномерных системах //Измерительная техника. - 2001. - №5. -С.21-25 .

9. Мещеряков Н.А., Могильницкий Б.С., Тиссен В.М., Толстиков А.С. Оценка возможности использования модернизированного спутникового дальномера ЛД-2 для локации геодинамических искусственных спутниковых Земли // Измерительная техника. - 2001. - №8. - С. 20-22.

10.Анисимов А.С., Толстиков А.С. О влиянии внешних воздействий на параметры емкостных первичных измерительных преобразователей (Обзор) // Автометрия. - 1971. - №3. -С.31-41.

11. Белан И.Б., Летягин А.Ю., Толстиков А.С. Автоматизированная хрономорфологическая оценка лимфоидной ткани в суточном периоде.// Бюлл. СО АМН. - 1991. - №8 - С. 45-51.

12. Могильницкий Б.С., Толстиков А.С., Черепанов В.Я. Прецизионные измерения длин на основе импульсного лазера // Измерительная техника. - 2004. - №8. - С. 9-12.

Публикации в журналах, сборниках и трудах конференций

13. Анисимов А.С., Толстиков А.С. О некоторых подходах к синтезу алгоритмов идентификации нестационарных объектов// В кн. «Проблема идентификации нестационарных объектов в измерительной техники.» Труды СНИИМ - Новосибирск. - 1971.- Вып.17. - С. 36-56.

14.Анисимов А.С., Васильев А.И., Симонов М.М., Толстиков А.С. Проблема идентификации нестационарных параметров в измерительной технике и метрологии // Тезисы докладов Ш республиканской научно-технической конференции по метрологии. Тбилисский филиал ВНИИМ.- Тбилиси.-1974.-С.497-503.

15. Анисимов А.С., Толстиков А.С. Об использовании методов теории чувствительности для определения нестационарных коэффициентов дифференциального уравнения // Доклады всесоюзного симпозиума «Современные методы и аппаратура для измерения параметров радиоцепей.»- Новосибирск. СНИИМ - 1974. - С. 164-167.

16. Анисимов А.С., Клеменков Г.П., Толстиков А.С. Разработка алгоритмов идентификации динамических характеристик электротензометрических систем, предназначенных для аэрофизических исследований. // Отчет по НИР. Рукопись депонирована в ВИНИТИ 2-го июля 1979г. №Б778857- Новосибирск. СНИИМ.-1979.- 66с.

17. Симонов М.М., Толстиков А.С., Алгоритмы построения математических моделей и восстановления входных воздействий электротензометрических систем.// В кн. «Сборник алгоритмов обработки результатов аэрофизических экспериментов». - Новосибирск. ИТ и ПМ СО РАН. - 1981. - С. 58-66.

18. Толстиков А.С., Туболова Н.Н. Некоторые подходы к обнаружению аномальных значений в результатах наблюдений // В кн. «Математические методы в прикладной метрологии». Сборник научных трудов НПО ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. - Л. - 1986. - С.87 - 95.

19. Толстиков А.С. Имитационная модель ансамбля квантовых стандартов частоты // V Всесоюзный симпозиум. «Методы теории идентификации в задачах измерительной техники и метрологии». Тезисы докладов. - Новосибирск. СНИИМ. - 1989.- С. 234,235.

20.Мещеряков В.М., Смирнова И.А., Толстиков А.С. Траекторные измерения в задаче эфемеридно-временного обеспечения ГЛОНАСС. // Ш - Сибирская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы метрологии. Сибметрология - 2001.» Труды. - Новосибирск. СНИИМ. - 2001 С. 8-10.

21.Кононов В.Т., Толстиков А.С., Чикильдин Г.П. Идентификация математической модели нестабильности часов //Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы геодезии и оптики. «Сборник материалов. - Новосибирск. СГГА. - 2003. - часть 3. - С. 198-199.

22. Стубарев Д.В., Толстиков А.С. Алгоритмы предварительной обработки псевдодальномерных измерений. // В кн. «Современные проблемы радиоэлектроники» Сборник научных трудов. - Красноярск. КГТУ. - 2004. - С. 425 - 427.

23. Толстиков А.С. Оптимизация траекторных измерений. // VI Международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения, АПЭП - 2002» .» Материалы конференции. - Новосибирск. НГТУ. - 2002. - Том 3. - С. 125-129.

24. Толстиков А.С. Беззапросные технологии траекторных измерений в эфемеридно-временном обеспечении КНС ГЛОНАСС // Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии. ИСТ-2003.» Доклады и тезисы докладов. - Новосибирск. НГТУ. - 2003. Том 3. - С. 70.

25. Тиссен В.М., Толстиков А.С. Математические модели нестабильности КСЧ // VII Международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП -2004» Материалы конференции. - Новосибирск. НГТУ. - 2004. - Том 3. - С. 263-269.

26. Moghilnitsky B.S., Tolstikov A.S. Metrological aspects of optical and laser determinations of the Earth rotation parameters //Seventh International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life - September 2002. Novosibirsk, Russia. - Proceedings of SPIE Vol. 4900 - Bellingham. Washington / USA. - 2002. -Part One/ - P. 72-77.

27. Балахненко А.Ю., Тиссен В.М., Толстиков А.С. Методика прогнозирования DUT1 // Всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное обеспечение (КВО-2005). Тезисы докладов. - ИПА РАН. - 2005. - С. 116,117.

28. Владимиров В.М., Гречкосеев А.К., Кокорин В.И. Толстиков А.С. методы синхронизации пространственно-разнесенных высокостабильных часов. // «Навигационные спутниковые системы, их роль и значение в жизни современного человека»: Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию запуска на орбиту навигационного КА Космос-192 и 25-летию запуска первого КА ГЛОНАСС (10-14 октября 2007 года, г. Железногорск) \ Под общей редакцией Н.А.Тестоедова; Сиб. гос. Аэрокосмический университет, г. Красноярск 2007, С. 153-156.

29. Tolstikov A.S., Grechkoseev A.K., Kokorin V.I., Vladimirov V.M. Comparative Analysis of Synchronization Techniques of Spatial Diversity Clocks Navigation Signals. Telsiks 2007. Proceedings of Papers. Volume 2 of 2 volumes. /8^th International Conference of Telecommunications in Modern Satellite, and Broadcasting Services. Serbia, Nis. 26-28 September, 2007, p.356-368.

30. Тиссен В.М., Толстиков А.С., Малкин З.М. Опыт кратко- и долгосрочного прогнозирования ПВЗ. /Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение. (КВНО-2007). Вторая Всероссийская конференция. Тезисы докладов. Санкт-Петербург: ИПА РАН, 2007- с. 163,164.

31. Толстиков А.С. Исследование и оптимизация систем координатно-временных определений // Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2005» Сборник материалов.- Новосибирск: СГГА. - 2005. - Том 6. «Специализированное приборостроение и метрология» - С. 147-152.

32. Могильницкий Б.С., Тиссен В.М., Толстиков А.С. Параметры вращения Земли: Технологии обработки данных. // Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2005» Сборник материалов Новосибирск: СГГА. - 2005. - Том 6. «Специализированное приборостроение и метрология» - С. 166-171.

33. Макаров И.Е., Толстиков А.С. Методы синхронизации пространственно-разнесенных часов, основанные на применении спутниковых навигационных технологий. // Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2006» Сборник материалов международного научного конгресса. Новосибирск: СГГА. - 2006. - Том 4. «Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника» - С. 212-216.

34. Толстиков А.С. Методы и алгоритмы координатно-временных определений, основанные на применении спутниковых навигационных технологий. // III Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2007». Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Т.4, Ч.1. Сб. материалов III Международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2007», 25-27 апреля 2007г. г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА,2007. С.24-30.

35. Могильницкий Б.С., Тиссен В.М., Толстиков А.С., Юданин А.Я. Определение параметров вращения Земли по результатам траекторных измерений. // III Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2007». Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Т.4, Ч.2. Сб. материалов III Международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2007», 25-27 апреля 2007г. г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА,2007. С.88-92.

36. Толстиков А.С., Нетесаная О.В. Проблемы метрологического обеспечения беззапросных траекторных измерений по КА ГЛОНАСС. // IV Международный научный конгресс и выставка «Гео-Сибирь-2008». Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Т.4, Ч.1. Сб. материалов IV Международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008г. г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2008. С.20-25.

37. Толстиков А.С., Стубарев Д.В. Задачи предварительной обработки данных беззапросных траекторных измерений. // IV Международный научный конгресс и выставка «Гео-Сибирь-2008». Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Т.4, Ч.2. Сб. материалов IV Международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008г. г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА,2008. С.150-153.

38. Смирнова И.А., Толстиков А.С. О смещенности оценок МНК // Вестник СГГА. - Новосибирск: СГГА. - 2002. - Вып.7. - С. 107-110.

39. Смирнова И.А., Стубарев Д.В., Толстиков А.С. Оптимизация измерительных систем // Вестник СГГА. - Новосибирск: СГГА. - 2003. - Вып.8. - С. 153-159.

40. Стубарев Д.В., Толстиков А.С. Исключение выбросов в результатах траекторных измерений // Вестник СГГА. - Новосибирск: СГГА. - 2006. - Вып.11. - С. 25-30.

41. Юданин А.Я. Могильницкий Б.С., Толстиков А.С. Уточнение параметров орбит навигационных спутников ГЛОНАСС на основе беззапросных измерений псевдодальностей // IX Международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения, АПЭП-2008». Материалы IX Международной конференции. - Новосибирск. НГТУ. - 2008. - Том 3. - С. 58-63.

42. Tolstikov A.S., Mogilnitsky B.S. Compensation of Influence of Atmosphere in Navigating GLONASS/GPS Technologies. // XV International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics». - Krasnoyarsk, June 22-28, 2008. P.87-88.

43. Толстиков А.С., Черепанов В.Я. Программный имитатор измерительной информации, поступающей с КА ГЛОНАСС и КА GPS. (г. Иркутск) //Материалы 3-ей Всероссийской конференции «Винеровские чтения» [электронный ресурс ] - Иркутск, : ГОУ ВПО ИрГТУ, 2009.

44. Tissen V.M., Tolstikov A.S., Malkin Z. UT1 prediction based on long-time series analysis. In: IERS Workshop on EOP Combination and Prediction, Warsaw, Poland, 19-21 Oct 2009, Book of abstracts, С. 35.

45. Тиссен В. М., Толстиков А. С., Малкин З. М. Результаты высокоточного

прогнозирования поправки часов dUT1 в 2008-2009 гг. для целей ЭВО ГЛОНАСС. Труды института прикладной астрономии РАН, 2009, вып. 20, С. 245-249.

46. Тиссен В.М., Толстиков А.С., Малкин З.М. Неравномерности вращения Земли и результаты, достигнутые в их прогнозировании. Тр. Всероссийской астрометрической конференции "Пулково-2009", Известия ГАО, 2009, №. 219, вып. 4, С. 329-334.

Размещено на Allbest.ru